Импульсное реле: устройство, принцип работы, схемы подключения

Устройство

На рынке существует большое разнообразие импульсных реле, за счет технических и конструктивных отличий вы можете встретить и разные устройства. Но в качестве примера мы рассмотрим наиболее простое и практичное для понимания принципа действия (см. рисунок 1).

Рис. 1. Пример устройства импульсного реле

Простейший пример импульсного реле состоит из таких элементов:

Катушка – изготавливается из медного проводника, намотанного на немагнитное основание, к примеру, каркас из текстолита, электрокартона и т.д. Предназначена для создания электромагнитного поля, воздействующего на магнитные элементы.
Сердечник – выполняется из ферромагнитных материалов, вступающих во взаимодействие с магнитным полем катушки. Предназначен для перемещения и совершения магнитного воздействия.
Контактная система реле – состоит из подвижных и неподвижных контактов, предназначенных для передачи сигнала.
Резистивные, емкостные и сигнальные элементы – применяются для задания логики работы устройства и обозначения состояния.
Таймер – задает временной интервал выдержки реле, но присутствует не во всех моделях, помогает существенно расширить функционал оборудования.

Устройство

Рис. 1. Пример устройства импульсного реле

Простейший пример импульсного реле состоит из таких элементов:

Катушка – изготавливается из медного проводника, намотанного на немагнитное основание, к примеру, каркас из текстолита, электрокартона и т.д. Предназначена для создания электромагнитного поля, воздействующего на магнитные элементы.
Сердечник – выполняется из ферромагнитных материалов, вступающих во взаимодействие с магнитным полем катушки. Предназначен для перемещения и совершения магнитного воздействия.
Контактная система реле – состоит из подвижных и неподвижных контактов, предназначенных для передачи сигнала.
Резистивные, емкостные и сигнальные элементы – применяются для задания логики работы устройства и обозначения состояния.
Таймер – задает временной интервал выдержки реле, но присутствует не во всех моделях, помогает существенно расширить функционал оборудования.

Принцип работы защиты минимального напряжения

Вне зависимости от сферы применения ЗМН, ее принцип действия остается неизменным. Объясним алгоритм работы защиты на примере произвольного объекта, где для производственного процесса используется несколько электродвигателей и подключено оборудование собственных нужд. Допустим, на линии питающей объект произошло КЗ, вызвавшее срабатывание выключателя ввода (токовая защита). После завершения ремонтных работ и восстановления питания происходят следующие действия:

Автозапуск двигателей, что приводит к появлению высоких пусковых токов, и, соответственно, к снижению напряжения в сети.
Контакты реле защиты производят отключение неответственных механизмов, то есть оборудования, не принимающего участие в производственном процессе или простой которого не критичен для технологического цикла. Это приводит к нормализации тока и повышению напряжения до номинального уровня, что позволяет произвести штатный автозапуск основных узлов.

Разновидности импульсных реле

Между некоторыми реле существуют большие отличия, поэтому их можно разделить, в основном, на 2 категории:

электромеханические реле;
электронные импульсные реле.

Электромеханические

Этот тип устройств потребляет электроэнергию только в момент срабатывания. Механизм блокировки обеспечивает высокую надежность и экономит электричество. Система работает неплохо: имеется в виду защита от колебаний в сети, которые приводят к ложным срабатываниям.

В основе конструкции: катушка, контакты, механизм с кнопками для включения-выключения.

Реле электромеханического типа считаются более надежными и удобными в использовании, так как не боятся помех. Плюс, к ним нет высоких требований для места установки.

Электронные

Электронные импульсные реле имеют характерную особенность: они используют микроконтроллеры. Благодаря этому в них присутствует расширенный функционал. К примеру, такие устройства позволяют добавлять таймер. Другие дополнительные функции помогают в построении сложных систем освещения.

В основе конструкции: электромагнитная катушка, микроконтроллеры, полупроводниковые ключи.

Электронные реле популярнее других типов благодаря функционалу и разнообразию, которое можно к ним добавить: можно создавать изделия для освещения любой сложности. Также возможно подбирать их под любое напряжение – 12 вольт, 24, 130, 220. В зависимости от установки такие реле могут быть DIN-стандартными (для электрощитов) и обычными (с другими способами монтирования).

Варианты подключения

Используется несколько вариантов установки таких приборов, которые имеют свои плюсы и минусы. Для большинства модификаций такого устройства расшифровка обозначения контактов следующая:

N — нулевой провод;
Y1 — вход включения;
Y2 — вход выключения;
Y — вход включения и выключения;
11-14 — коммутирующие контакты нормально-открытого типа.

Перед началом установки необходимо внимательно изучить паспорт устройства, где могут быть указаны иные расшифровки.

Централизованное управление освещением одной кнопкой

На моделях с так называемым центральным или централизованным управлением, помимо вышеперечисленных, есть еще дополнительные клеммы ON и OFF.

При подаче напряжения на них, реле принудительно либоотключается (OFF), либо включается (ON).

Они используются при сборке схемы с мастер кнопкой или мастер выключателем. То есть, выходя из дома, всего с одной кнопки вы централизованно можете отключить свет на всех этажах и во всех комнатах.

Вот такая схема собранная на несколько групповых светильников, подключенных от разных импульсных реле. Заметьте, что в данном случае все реле должны быть именно с центральным управлением, иначе схема работать не будет.

Схема №2 – с центральным управлением У имульсников ABB блокцентрального управления можно докупить отдельно и присоединить его с левойстороны от реле E290.

Только будьте предельно внимательны при сборке такой схемы управления в трехфазном щите на 380В.

При наличии трехфазки, некоторые группы освещения запитывают от разных фаз, дабы равномерно распределить нагрузку.

В этом случае нельзя все контакты OFF и ON на релюшках соединять перемычками, как это зачастую и делают в однофазных щитках. Придется выносить все цепи управления на отдельный автомат и именно с него подавать одноименную фазу для вкл-выкл всех импульсных реле одновременно.

И то, такое возможно при использовании эл.механических моделей.Для электронных придется делать развязку через промежуточные реле.

Работа реле в нестандартных ситуациях

Многие задаются вопросом, а что будет с реле приисчезновении напряжения в доме и последующем его появлении? Не включатся ли вданном случае все светильники разом? Нет, такого не произойдет.

Однако статус положения контактов будет зависеть от конкретноймодели. С памятью они или нет. Если память присутствует, то ранее включенныелампочки загорятся вновь. Там, где памяти нет, контакты просто разомкнутся.

А что будет, если два человека нажали на две кнопкиодновременно? Это будет воспринято как одноразовое нажатие. То есть, лампочкалибо загорится, либо потухнет, в зависимости от своего предыдущего положения.

Импульсное реле для монтажа в эл.щиток имеет формфактормодульного контактора и устанавливается на дин-рейку. Номинальный токбольшинства моделей 10-16А.

Этого вполне хватает для организации освещения в квартире или загородном доме.

Если вы захотите подключить более мощную нагрузку, тогда придется задействовать в схеме пускатель, либо выбирать модели на большие токи.

Виды контактных групп

Электромагнитные реле имеют различные конфигурации и конструктивные особенности контактных групп. Перечислим распространенные типы элементов:

Нормально разомкнутые (Нормально Открытые — НО или Normally Open — NO) – их главная особенность заключается в том, что контактные пары постоянно находятся в разомкнутом состоянии, и срабатывают только после подачи напряжения на электромагнитную катушку. В результате этого электрическая цепь замыкается, проводники начинают функционировать в соответствии с заданными алгоритмами.
Нормально замкнутые (Нормально Закрытые — НЗ или Normally Closed — NC) – контакты находятся в постоянно замкнутом состоянии и при запитке электромагнитного реле (подачи на катушку напряжения), размыкаются.
Перекидные – это совмещение нормально замкнутого и разомкнутого контактов. Имеется три контакта, общий, обозначается обычно COM, замкнутый с общим и разомкнутый с общим. При подаче напряжения на катушку – НЗ контакт размыкается, а НО замыкается.

Модели электромагнитных реле, в конструкции которых имеется несколько контактных групп, обеспечивают коммутационные процессы в нескольких автоматизированных сетях.

Принцип работы

Принцип действия импульсного реле заключается в перемещении контактной группы под воздействием электромагнитного поля катушки, втягивающей сердечник. При этом управление устройством осуществляется через кнопочные каналы. Одно нажатие кнопки подает кратковременный импульс на управляющий вывод, и контакты переходят в устойчивое состояние – подача или отключение напряжения, поэтому его еще называют бистабильным (два устойчивых состояния). В отличии от того же контактора, такое реле управляется одним импульсом, подаваемым за счет кнопки или выключателя с самовозвратом в исходное состояние, отсюда и происходит название импульсное реле.

Для примера рассмотрим работу конкретной модели устройства – РИО-1 (см. рисунок 2):

Рис. 2. Принцип работы реле РИО-1

В данном устройстве присутствуют две группы контактов – силовые и управленческие. Силовые контакты представлены клеммами 11, 14 и N, управленческие зажимами Y, Y1, Y2, следует отметить, что в других модификациях импульсных реле маркировка и число контактов будут отличаться. Рассмотрим назначение каждого из вводов по порядку:

11 – предназначен для подачи на него питания от электрической сети;
14 – используется для выдачи фазы с импульсного реле на подключаемую нагрузку;
N – клемма подключения нулевого провода от общей шины;
Y – универсальный вход, при подаче управляющего импульса на который, реле переходит в противоположное состояние – из включенного в выключенное и обратно;
Y1 – предназначен исключительно для перевода импульсного устройства во включенное состояние, то есть, если контакты уже замкнуты, реле останется в таком же положении, обладает приоритетом перед вводом Y;
Y2 – переводит импульсный прибор в отключенное состояние, имеет приоритет перед двумя другими выводами.

Отличительной особенностью РИО-1 является разрыв силовой цепи только при переходе синусоиды переменного напряжения через ноль, что существенно повышает срок службы контактной группы. Но при этом время срабатывания отличается на 0,3 с, что необходимо учитывать для проектирования точных электронных схем. Функционирование импульсного реле через подачу сигналов на каждый ввод хорошо отображается на временной диаграмме устройства (смотрите рисунок 3):

Рис. 3. Временная диаграмма РИО-1

Как видите на рисунке выше, способы включение и отключения импульсного устройства представлены четырьмя периодами взаимодействия:

При нажатии кнопки и подаче импульсного сигнала на вход Y с силового выхода будет сниматься рабочее напряжение вплоть до момента подачи второго сигнала на ввод Y. Это простейший вариант управления, к примеру, системой освещения.
В отключенном состоянии на ввод Y1 подается импульсное управление, в результате чего на выходе 14 возникает рабочий номинал 220В. При необходимости отключения того же освещения на месте достаточно подать сигнал на Y и питание прекратится.
Подачей импульсного сигнала на ввод Y1 происходит замыкание силовой цепи – с выхода 14 снимается потенциал. При подачи потенциала Y2 бистабильное реле отключится и силовая цепь разомкнется.
На этом периоде включение производится за счет подачи сигнала на ввод Y. А подачей импульсного сигнала на Y2 контакты коммутатора размыкаются.

Такая логика работы позволяет реализовывать ряд интересных решений, как в бытовых, так и производственных процессах. Что обеспечит приоритетность коммутации определенных объектов и электрооборудования, расположенного в них.

Импульсное реле для установки в распредкоробку

Помимо щитовых вариантов, есть еще и навесные, для установки за подвесной потолок или непосредственно в распредкоробку.

С их помощью можно организовать перевод освещения в своей квартире с одноклавишников на импульсники. Меняете в монтажных коробках выключатели на кнопки и делаете переключения проводов в распаечной коробке.

Вот так выглядит данная схема при подключении импульсного реле, непосредственно в распределительной коробке под потолком.

Схема №3

При этом у вас мало что меняется в электрощитке, а вы получаете отличный вариант управления освещением, аналогичный проходным выключателям.

При подключении в щитовой от стандартного импульсника сразу нескольких светильников, а не одной лампочки, обязательно монтируйте кросс-модуль или клеммники.

Заводить по два, три кабеля на одно реле навряд ли получится (не даст ограничение по толщине провода). Придется их раскидывать по разным колодкам.

Какие еще разновидности импульсных реле существуют? Есть например, с функцией задержки по времени.

Ее можно использовать для задержки как при включении света, так и при его отключении. Выезжаете вечером из собственного коттеджа и нажимаете в доме на специальную кнопку.

Это дает вам время спокойно пройти по освещенным дорожкам до калитки и только после этого свет автоматически выключится.

Такой способ не требует даже установки отдельных выключателей на улице.

Еще к таким реле можно подключить вытяжной вентилятор в ванной. Выходя из ванной комнаты, нажимаете на кнопку, а вентилятор продолжает работать заданный вами промежуток времени.

Какие недостатки есть у импульсных реле? Некоторые модели отдельных производителей чувствительны к перепадам напряжения.

Чем это чревато? А тем, что свет на некоторых лампах у вас будет включаться и выключаться самопроизвольно при нестабильном напряжении.

Еще многих раздражает постоянное клацанье и щелчки при работе реле. Особенно этим грешат эл.механические разновидности. Они состоят из рычажной и контактной системы, катушки, плюс пружины.

Отличить их можно по рычагу с лицевой стороны. С его помощью реле вручную переводится из одного положения в другое.

В электронные встроена плата с микроконтроллером. В них клацать особо нечему, и они менее шумны.

Чтобы было меньше проблем, выбирайте реле от известных и давно зарекомендовавших себя брендов. Таких как — ABB (E-290), Schneider Electric (Acti 9iTL), F&F (Biss) или отечественный Меандр (РИО-1 и РИО-2).

У ABB очень большой выбор по добавлению к основной модели E290 всяких накладок и дополнительных «плюшек».

У Меандр РИО-2 есть полезная функция для работы с обычными одноклавишными выключателями.

Для этого данную релюшку нужно перевести в режим №2 и к каждому из входов Y, Y1 и Y2 подключить свой выключатель света (всего 3шт).

В итоге вы получите режим работы перекрестных выключателей на основе обычных одноклавишников. При нажатии любого из них (вкл или выкл), будет изменяться выход и переключаться контакты на самом реле, зажигая или гася лампочку.

Разновидности устройств

Все существующие магнитные реле подразделяются на несколько разновидностей в зависимости от своих конструктивных особенностей, сферы применения, мощности сигнала управления, вида электротока, скорости действия управления.

По особенностям устройства реле могут быть:

Контактными. Они воздействуют на цепь несколькими контактами. Их замыкание или размыкание способствует обеспечению коммутации — силовая цепь либо соединяется, либо разрывается.
Бесконтактными. Влияют на цепь иначе. Эти
устройства резко изменяют ее характеристики.

По скорости действия устройства коммутации подразделяются на четыре типа:

Регулируемые. При их использовании можно устанавливать любую скорость.
Замедленные. Они срабатывают не ранее, чем через 0,05 с.
Быстродействующие. Такие реле начинают действовать уже через миллисекунду.
Безинерционные. Устройства этого типа действуют даже до того, как истечет одна миллисекунда.

В зависимости от того, какой мощностью обладает сигнал управления, реле может принадлежать к одной из трех основных разновидностей. Мощность может быть:

высокой, если ее значение превышает 10 Вт;
средней при значении до 10 Вт, но при этом не менее 1 В;
малой, значение которой измеряется в долях Ватта.

Сравнение схемы на проходных выключателях и импульсных реле

Самое главное преимущество всех этих реле заключается в том, что кнопки между собой подключаются параллельно и для этого достаточно двухжильного провода.

В независимости от того, какое количество кнопок вы задействуете – две, три, четыре и т.д.

Это существенно экономит затраты на кабель и упрощает подключение освещения.

Сравните наглядно схему и количество проводов одного и того же помещения, при монтаже проходных выключателей и импульсных реле.

Схема на проходных выключателяхСхема на импульсном реле

Как видите, во втором случае присутствует минимум двойная экономия (двухжильный кабель вместо четырехжильного, меньшее количество соединений, больше свободного места в распредкоробках). Функционал освещения в комнате от этого нисколько не пострадал.

Виды импульсных реле

Какие еще разновидности импульсных реле существуют? Есть например, с функцией задержки по времени.

Это дает вам время спокойно пройти по освещенным дорожкам
до калитки и только после этого свет автоматически выключится.

Такой способ не требует даже установки отдельных
выключателей на улице.

Еще к таким реле можно подключить вытяжной вентилятор в
ванной. Выходя из ванной комнаты, нажимаете на кнопку, а вентилятор продолжает
работать заданный вами промежуток времени.

Технические характеристики

При монтаже систем освещения, которые будут включаться от импульсного устройства, необходимо учитывать основные параметры такого изделия. Если устройство не будет рассчитано на нагрузку подключения либо напряжение в сети, то оно может моментально выйти из строя. В документации к импульсному устройству, производителем указываются наиболее важные характеристики. Среди числа основных параметров, которые необходимо знать до принятия решения об использования той или иной модели ИР можно назвать:

Выходной ток — максимальное значение силы тока, возникающей в катушке при перемещении якоря (для электромеханических устройств).
Значение срабатывания — обозначает сигнал, который приводит к автоматическому срабатыванию реле.
Ток при втягивании — минимальное значение силы тока для срабатывания реле.
Возвратный коэффициент — соотношение тока выхода якоря к току втягивания.

При выборе и использовании реле следует также учитывать предельные значении напряжения и силы тока, на которые рассчитано реле.

В паспорте устройства может быть также указано время срабатывание. Различают изделия быстрого типа, которые включаются за 0.001–0.05 с и приборы с долгой задержкой (около 1 с).

Инфракрасный детектор движения

Одним из важнейших элементов современной системы электроснабжения частного дома, многоквартирного или офисного здания являются датчики движения (рисунок 11). Они используются в контурах автоматического включения освещения, системах управления видеонаблюдением, цепях охранной сигнализации.

Рис. 11. Схема работы инфракрасного детектора движения

Датчики движения Finder (рисунок 12) отличаются широким углом обзора и регулируемым порогом внешнего освещения. Модель 18.11 имеет коэффициент влаго- и пылезащищенности IP54 и предназначена для наружного монтажа. Ее аналог, датчик 18.01, используется только в помещении. Линейка потолочных детекторов представлена датчиками 18.21 и 18.31 для открытой и закрытой (заподлицо) установки соответственно. Специальные варианты этих устройств с кодом 0300 используются в составе систем управления зданием и имеют безпотенциальные, «сухие» контакты.

Рис. 12. Серия 18 — пассивный инфракрасный детектор движения 10 A

Датчик срабатывает только тогда, когда уровень внешнего освещения опускается ниже заданного порогового значения. После обнаружения движения реле датчика замыкается и остается в таком состоянии заданное количество времени (не более 12 минут). После размыкания контактов детектор движения снова готов к использованию.

Что такое электромагнитное реле

Это электромеханическое коммутационное устройство, основанное на принципе электромагнитной силы. При подаче электричества, внутри него образуется магнитное поле, благодаря которому, с помощью специального механизма происходит замыкание или размыкание коммутируемой электрической цепи.

Проще говоря, это устройство для управления другой электрической цепью, выполняющее управление через замыкание и размыкание контактов. Бывают реле постоянного и переменного тока, постоянного тока подразделяются на поляризованные и нейтральные, каждое из них предназначено для своих целей. Более подробно обо всем далее.

Конструкция и устройство

Конструкция состоит из трех главных частей, основным элементом которой является электромагнитная медная катушка с закрепленным внутри ферритовым сердечником (соленоидом), выполняющая роль электромагнита, закрепленная на неподвижной площадке – ярмо.

Вторая часть называется якорь, являющая металлической пластиной с контактной площадкой на конце, в разомкнутом положении удерживающейся пружиной. Контактная часть реле является исполнительным изолированным органом, при перемещении которого контакты замыкаются или размыкаются.

Бывают однопарные, двуполярные, многопарные, исходно замкнутые (NC) или разомкнутые (NO).

Три основные элемента:

Первичный или воспринимающий элемент (катушка с сердечником) – воспринимает электричество и преобразует его в магнитное поле.
Промежуточный, подвижный элемент (якорь) – в результате появления магнитного поля возникает ЭДС, изменяющая положение якоря или механического привода механизма, который служит для замыкания контактов.
Исполнительный орган (нормально замкнутый контакт или разомкнутый) – воздействует на другую электрическую схему включая или отключая ее.

Принцип работы

При подаче напряжения на обмотку катушки создается ЭДС, сила магнитного поля притягивает якорь с исходного положения, преодолевая усилие пружины, удерживающей якорь, тем самым замыкая контакт управляющей цепи.

В зависимости от конструкции реле, якорь замыкает или размыкает эклектическую цепь. После прекращения подачи электричества магнитное поле исчезает и якорь возвращается в свое обратное положение обратным сжатием пружины.

Сама катушка соленоид, в зависимости от количества витков проволоки, может срабатывать на разную силу тока, маркировка обычно указана на корпусе.

Примечание. УЗО представляет из себя обычное размыкающееся реле.

Виды реле

Помимо электромагнитных устройств, сегодня существует большое количество видов реле различного назначения и отличного принципа действия, использующихся для управления системами защиты от перепадов напряжения в бесперебойных системах защиты, автоматических приборах, интегральных электросхемах. К таким типам относятся:

Электронные, в качестве ключа используется резистор, не щелкает при переключении
Электротепловые
Герконовые
Времени
Приорита
Твердотельные – отсутствует соленоид, роль якоря выполняет мощный симистор или тиристор
Индукционные
Световые (совместно с датчиком света)

Также их следует различать по виду входящего сигнала, в зависимости от конструкции включение и выключение может происходить под воздействием: